稠油废水处理回用于热采锅炉用水_废水治理

重质沥青质原油俗称稠油，需热力开采，即热采锅炉将水加热至温度为315℃、压力为17MPa、干度为80%左右的饱和蒸汽，注入油层提高油层温度，降低稠油粘度，通过采油设备把稠油提升到地面。从采油井口采出的油和水混合物称之为原油采出液。用各种方法对采出液进行油水分离，分离出的水称之为稠油废水。

辽河油田稠油储量丰富，现有稠油废水处理站9座，日产稠油废水约7×10⁴t，输到稀油区块或废地层回注约2.6×10⁴ t，剩余4.4×10⁴ t外排，对环境造成一定污染。

辽河油田热采锅炉日用清水约9×10⁴t，由于地表水水质较差，所以生产和生活用水大量使用地下水，过量的开采，使地下水位急剧下降。

一方面大量污水外排污染环境，另一方面稠油热采大量使用清水，生产和生活用水量与日俱增，供水严重不足。因此，对稠油废水进行处理回用是非常必要的。

1 稠油废水的水质

　　稠油废水水质较复杂，是含有多种杂质且水质波动较大的工业废水。

　　稠油废水与稀油废水及其他工业废水相比，具有如下特点：

　　①稠油平均密度为900 kg/m³以上，其原油颗粒可长期悬浮在水中；

　　②粘滞性大，特别在水温低时更显著；

　　③温度较高，在开发稠油过程中为降低原油粘度往往将温度提高到70～80℃；

　　④乳化较严重，废水易形成水包油型乳状液。

　　根据稠油废水的水质，稠油废水处理一般具有以下特点：

　　①为达到油、水和泥的分离，破乳是先决条件。首先应保证稠油废水的处理温度，选择合适的破乳剂，并选择最佳投药量、加药点、混合、反应和沉降方式。

　　②保证足够的油、水和泥分离时间。因稠油密度大，油水密度差小，其重力分离虽在充分破乳条件下进行，为使油珠有效上浮，加长油、水和泥分离时间还是必要的，一般需2～3 h。

　　③在使用混凝剂时，pH值对混凝效果影响较大。

　　2 热采锅炉用水的水质指标

　　各国热采锅炉用水水质指标见表1。

表1各国热采锅炉水质指标
项目	中国(SY0027—1994)	加拿大	美国石油协会
溶解氧(mg/L)	≤0.05	0.005	0.1
总硬度(以CaCO3计)(mg/L)	≤0.1	0.1	1.0
总铁(mg/L)	≤0.05	0.05	0.1
二氧化硅(mg/L)	≤50	100	150
悬浮物(mg/L)	≤2	1	5.0
总碱度(以CaCO3计)(mg/L)	≤2000		最大2000
油和脂(mg/L)(建议不包括溶解油)	≤2	1.0	1.0
矿化度(mg/L)	≤7000	10000	最大7000
pH值	7.5～11	8.5～9.5	7～12
进炉前是否处理	不处理	不处理	不处理

　　根据稠油废水所含污染物种类和数量以及热采锅炉用水水质指标，稠油废水处理用于热采锅炉供水，主要应处理废水中的油、悬浮物和硬度。

　　3 稠油废水的水质分类及回用评估

　　稠油废水中的油和悬浮物去除工艺较成熟，工程一次投资和处理成本较低；而稠油废水的软化工艺较复杂，工程一次投资和处理成本较高，是左右整个回用处理工艺的关键因素。为此，根据影响稠油废水软化工艺选择的主要水质指标(总溶解固体TDS和硬度)，把稠油废水分为六种类型(见表2)。不同种类稠油废水的回用评估见表3。辽河油田稠油废水大部分属于低矿化度的中、低硬度稠油废水，其他类型较少，所以大部分有回用于热采锅炉的可能性。

表2 稠油废水种类mg/L
废水类型	TDS	硬度
低含盐、低硬度	≤5 000	≤300
低含盐、中等硬度	≤5 000	300～800
低含盐、高硬度	≤5 000	≥800
中含盐、低硬度	5 000～7 000	≤300
中含盐、中等硬度	5 000～7 000	300～800
高含盐、高硬度	≥7 000	≥800
其他性质稠油废水	含较高氯根和二氧化硅和硫化物
注 ①含盐此处指可溶性固体物。②硬度以CaCO₃计。

表3 不同种类稠油废水的回用评估
废水类型	评估
低含盐、低硬度	易软化，不需预软化，处理成本低，宜作为锅炉回用水
低含盐、中等硬度	易软化，需预软化，处理成本较低，宜作为锅炉回用水
低含盐、高硬度	需特殊预软化，处理成本较高，可作为锅炉回用水
中含盐、低硬度	较难软化，需脱盐，处理成本较高，稀释后可作为锅炉回用水
中含盐、中等硬度	较难软化，需脱盐，处理成本较高，稀释后可作为锅炉回用水
高含盐、高硬度	很难软化，需脱盐，处理成本很高，不宜作为锅炉回用水

　　4 稠油废水的处理流程

　　处理流程主要分三部分，即除油部分、除悬浮物部分和软化部分，软化后废水进热采锅炉。有稠油废水需要处理的单位，也可以到污水宝项目服务平台咨询具备类似污水处理经验的企业。

各单元处理工艺如下：

　　① 调节和缓冲

　　水量变化应根据生产情况实测，调节水量一般为处理规模的10%～15%可满足要求。均质措施主要是确定次流程出水达到一定含油和悬浮物指标，送回主流程时不会对主流程水质产生冲击。

　　调节罐宜设置一备一用，便于检修清泥，罐内设伴热和收油设施。

　　废水经调节罐后，均质、均量供给后段工艺。

　　② 斜板除油罐

　　重力除油一直是国内外含油废水处理首选的初级处理单元，其效率高、运行稳定。通过这一单元处理，可以去除大部分浮油和分散油；加入适当的破乳剂，可去除部分乳化油。

　　斜板除油罐有重力式和压力式，重力式斜板除油罐上部设有收油设施和加热设施；中部为斜板的沉降区；底部设置锥型排泥斗，罐中心设反应筒。

　　③ 浮选

　　试验和实践证明，诱导浮选(IGF)十分适用于油水密度差小的稠油废水处理。近年来，溶气浮选(DAF)和涡凹浮选(CAF)也引入油田废水处理。

　　诱导浮选，浮选剂投加在浮选机的进水管，经静态混合器混合即可，不需特制药剂反应装置；溶气浮选，最好在进浮选前设药剂混合和反应装置，国产浮选剂投加量一般为10～20 mg/L。

　　④ 过滤

　　经浮选处理后，废水进入核桃壳过滤器，进一步除油和悬浮物。全自动核桃壳压力过滤器工作滤速为25～30 m/h，强制滤速35～40 m/h。反洗时，反洗水中投加5 mg/L的滤料清洗剂，在滤料搅拌装置的作用下，对核桃壳进行彻底反洗。

　　核桃壳过滤器出水含油＜5 mg/L，悬浮物在10～20 mg/L。

　　废水经核桃壳过滤器后，加入助滤剂1～5 mg/L进入全自动双滤料(无烟煤和石英砂)压力过滤器进行微絮凝过滤，进一步去除悬浮物和油。

　　双滤料过滤出水含油＜2 mg/L，悬浮物＜5 mg/L。双滤料过滤器设空压机对滤料进行表面和深层辅助清洗。
废水经双滤料过滤器处理后，进入软化处理部分。

　　⑤ 软化

　　选择稠油废水离子交换软化工艺取决下列因素：锅炉给水标准、废水TDS、硬度、硬度与碱度之比。选择软化工艺一般原则见表4。

表4 选择离子交换软化工艺的原则mg/L
TDS	硬度	软化工艺
≤2000	≤100	强酸聚合母体单床树脂
700～5000	≤2000	上流式串联床强酸树脂
5000～10000	≤500	单床弱酸树脂
5000～10000	500～2 000	强酸树脂+弱酸树脂串联
10000～50000	≤2 000	串联床弱酸树脂
≥50000	≤500	单床螯合树脂
注①硬度以CaCO3计；②此表为参照美国两家设计公司选择软化工艺的数据。

　　是否进行化学沉降分离预软化处理，还取决于原水中TDS、总硬度、碱度、SiO₂ 和金属离子的含量。

　　根据辽河油田曙四联稠油废水离子交换软化的工业试验和工程实践，总矿化度＜7 000 mg/L，硬度＜500 mg/L时：

　　a.001×7强酸阳离子树脂和大孔弱酸树脂D113能与稠油废水相适应，软化后可达到进热采锅炉水质指标。

　　b.树脂可承受一定量的有机物，这种暂时性污染对交换过程影响不大，但悬浮物不应过高(不宜超过10 mg/L)。

　　c.废水中COD＜300 mg/L对树脂没有明显污染作用。

　　d.001×7强酸阳离子树脂的软化过程，工作滤速可按清水软化设计滤速设计；树脂装填高度应高出清水软化树脂装填高度200～300 mm；再生液浓度和再生液用量应比清水软化设计时高出1.2～1.5倍。

　　e.大孔弱酸树脂D113用于稠油废水软化的交换容量可高出001×7树脂的1～1.5倍，抗污染能力强于001×7树脂，具有再生彻底等特点，它适用于废水中含长链有机物。

　　f.移动床软化比固定床软化提高交换效率0.5～1.0倍，再生与清洗彻底，可防止树脂板结，适用于含污染物多的稠油废水。

　　5 工程实践和效益分析

　　辽河油田对稠油废水深度处理回用于热采锅炉，现已建成曙四联8000m³/d废水深度处理站1座和洼一联6000m³/d废水深度处理站1座，正处于试运投产阶段，基本可实现稠油废水回用于热采锅炉。

　　以欢三联2×104m³/d稠油废水深度处理回用热采锅炉为例，经济效益如下：

　　a.热能的利用：2920万元/a(稠油污水温度55℃，清水温度15℃，燃料油700元/t计)。

　　b.排污费的节省：73万元/a(达标外排费0.1 元/m³，暂不计污染费)。

　　c.回收原油费：回收原油10 t/d，225万元/a(原油700元/t计)。

　　d.节省清水资源费：1022万元/a(水价1.4元/m³)。

　　合计：4 270万元/a。

　　与年运行费用2 477.64万元对比，可以看出有较大效益。

　　6 结语

　　美国、加拿大利用稠油废水处理后回用热采锅炉的技术已有20余年的历史，从工艺流程(包括废液和废泥处理工艺)、设备、自动控制都有完整配套技术，有成熟的运行经验，生产实践证明了它的可靠性、实用性和经济效益。我国从事这项技术的试验研究和工程实践较晚，与国外比还有一定差距，主要表现在：

　　① 稠油废水的水质成分复杂，波动性大；

　　② 废水处理设备质量较差；

　　③ 我国还没有针对稠油废水特点开发的离子交换树脂；

　　④ 处理流程整体自控水平还很低。

　　总之，稠油废水处理回用于供热采锅炉用水，是目前解决大量稠油废水排放污染的经济、可行的出路，在我国稠油油田应大力推广。

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